Más evidencia de un tercer tipo de agujeros negros

Un grupo de astrónomos ha publicado más datos sobre un tipo raro de agujero negro. La evidencia observada en rayos X ocurrió en un cúmulo galáctico a unos 740 millones de años luz de distancia.

Cuando un monstruo devora una estrella

Por primera vez, un grupo internacional de astrónomos ha captado la formación y la expansión de un chorro de material empujado por un agujero negro supermasivo, producto del desgarró de una estrella que se acercó demasiado al monstruo cósmico.

¿Y si fueran agujeros de gusano?

Desde 2015, las colaboraciones científicas Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) y Virgo han detectado ondas gravitacionales de la fusión de dos agujeros negros, inaugurando una nueva era en el estudio del Cosmos. Pero ¿y si esas ondas de espacio-tiempo no fueron producidas por agujeros negros, sino por otros objetos exóticos?

Agujeros negros supermasivos se alimentan de medusas galácticas

Si pensabas que el encabezado fue sacado de una escena de película de ciencia ficción, pues no. Es real. Las observaciones con telescopios hacia un peculiar tipo de galaxias han revelado una forma, hasta ahora desconocida, de alimentar los agujeros negros supermasivos.

Un equipo de astrónomos, en su mayoría italianos, usaron el instrumento MUSE en los Very Large Telescope, en el Observatorio Paranal en Chile, para estudiar cómo se desprende gas desde un tipo de galaxias llamadas medusas.

Ejemplo de una galaxia Medusa

Para realizar la investigación, los astrónomos se enfocaron en ejemplos extremos de estas peculiares galaxias, encontradas en cúmulos galácticos cercanos. Los “tentáculos de las medusas” se producen mediante un proceso llamado desprendimiento por presión cinética (ram pressure strepping en idioma Inglés). La atracción gravitacional mutua hace que las galaxias caigan a alta velocidad hacia el centro de los cúmulos, donde hay gas intergaláctico caliente y denso que actúa como un viento. La presión cinética empuja el gas de las galaxias hacia afuera de su disco y provoca, entre otras cosas, el desprendimiento de filas de material a decenas de miles de años luz de distancia, donde se dispara la producción de nuevas estrellas “a lo largo de tentáculos”.

Esta visualización muestra una galaxia medusa, usando datos del instrumento MUSE en los Very Large Telescope de ESO. “Los tentáculos” que se extienden lejos de la galaxia tienen diferentes velocidades y en ellos hay abundante formación de estrellas. Crédito: ESO/GASP collaboration

Pero aquí no termina la historia. Los científicos encontraron, de forma inesperada, que en seis de las siete “medusas” que estudiaron, el agujero negro supermasivo que albergan las galaxias se alimenta del gas circundante. Dentro de los autores del trabajo se encuentra Jacopo Fritz, investigador en el Instituto de Radioastronomía y Astrofísica de la UNAM y a quién pudimos entrevistar.

“Ya sabíamos que las galaxias medusa se encuentran principalmente en los cúmulos de galaxias. Lo que todavía no se conocía es que este mismo mecanismo físico que empuja el gas hacia fuera, puede hacer que parte del gas se acerque al agujero negro supermasivo que contienen, activando de esta forma lo que conocemos como un Núcleo Galáctico Activo o AGN en Inglés”

Comenta Jacopo Fritz. Los resultados que aparecen en la revista Nature, ofrecen nuevas respuestas sobre cómo se generan procesos extremadamente energéticos en el centro de las galaxias.

“Los núcleos galácticos activos son las regiones centrales de algunas galaxias en las cuales se encuentra un agujero negro con una masa de hasta miles de millones de veces la del sol. De hecho, en todas las galaxias hay uno, pero en la mayoría están inactivos. Lo que sucede en los AGN es que, por alguna razón que no siempre se entiende, parte del gas que se encuentra en la galaxia es atrapado por la gravedad del agujero negro, formando un disco que lo alimenta. Este proceso es una forma muy eficiente de producción de energía. Así que, aunque la región cercana al agujero negro es pequeña, en algunos casos puede resultar mucho mas luminosa que la misma galaxia anfitriona.”

Nos dice Fritz, investigador Titular B de tiempo completo, cuyas áreas de estudio son la evolución de las galaxias en cúmulos y la realización de modelos de la emisión que tiene el polvo estelar cuando se calienta en el centro de las galaxias AGN.

Ejemplo de una galaxia medusa (ESO)

Yara Jaffé, del Observatorio Europeo Austral (ESO por sus siglas en Inglés) y que colaboró en el proyecto, explica un poco más la trascendencia de la investigación,

“Las observaciones con MUSE sugieren un mecanismo novedoso por el que el gas se canaliza hacia el agujero negro. Este resultado proporciona una nueva pieza en el rompecabezas de las conexiones entre los agujeros negros supermasivos y las galaxias que las albergan”.

Las observaciones presentadas por los astrónomos son parte de un estudio mucho más extenso que actualmente está en progreso. Pronto tendremos más noticias sobre estas peculiares medusas galácticas.

Más información en el sitio de la ESO.

Efectos relativistas en una estrella hacia el centro de la Vía Láctea

Todos hemos escuchado algo sobre el concepto de gravedad: esa fuerza de atracción entre dos o más cuerpos y que fue cuantificada por primera vez en 1687 por Sir Isaac Newton.

De acuerdo con la mecánica Newtoniana dicha fuerza depende tanto de la masa que tengan los cuerpos, como de que tan separados están entre ellos. Pero además, según el enfoque de Newton, tiempo y espacio son conceptos separados y los eventos en el Universo se observan igual sin importar quien los mire.

Para Newton, por ejemplo, las órbitas de los astros alrededor de un cuerpo más masivo, como la que describen los planetas alrededor de una estrella, son elípticas y no cambian mas que por la influencia de otro planeta o tal vez del eventual paso cercano de un cometa o un asteroide.

Sin embargo, desde el primer momento que se tuvieron observaciones bastante precisas de los movimientos planetarios en el siglo XIX, se encontró que Mercurio muestra un comportamiento extraño: su perihelio, el punto más cercano al Sol, no siempre está en el mismo lugar, sino que tiene un pequeño desplazamiento llamado precesión. Usando únicamente las leyes del movimiento de Newton, no podemos explicar el movimiento anómalo de Mercurio.

Aquí es donde entra Albert Einstein.

En 1915, dentro de su teoría de relatividad general, Einstein describió el tiempo y el espacio como si estuvieran entrelazados en un continuo, denominado espacio-tiempo. Pero además, la misma gravedad también se aborda de un modo distinto: más que una fuerza, es una deformación del tejido del espacio-tiempo como resultado de la presencia de un cuerpo masivo. Así, las trayectorias de los astros cercanos a este cuerpo se describen como un movimiento sobre este espacio-tiempo “deformado”. Como dijera el físico teórico John A. Wheeler, la materia le dice al espacio-tiempo cómo curvarse y el espacio-tiempo le dice a la materia cómo moverse.

Entonces, la teoría de la relatividad general de Einstein logró explicar la precesión de Mercurio.

Pero la comunidad científica sigue buscando nuevas maneras de comprobar y entender mejor los efectos de la relatividad general y una manera de hacerlo es estudiando las perturbaciones de las órbitas de astros en las cercanías de cuerpos muy masivos, donde el tejido del espacio-tiempo se encuentre altamente distorsionado.

Un gran escenario para esto es en las cercanías de agujeros negros supermasivos, aquellos que tienen masas de cientos miles o millones de veces la masa del Sol. Y el monstruo supermasivo más cercano que tenemos está en el centro de nuestra Vía Láctea, a 26 000 años luz.

Con una masa equivalente a la de cuatro millones de veces la del Sol, Sagitario A*  o Sgr A* (se lee “sagitario A estrella”) se ha mantenido bastante tranquilo, en comparación con otro agujeros supermasivos que están alimentándose de material en el centro de sus galaxias. Aunque en realidad, Sgr A* no se encuentra tan solo.

Alrededor de Sgr A* orbita un pequeño grupo de estrellas a gran velocidad bajo la influencia del fuerte campo gravitatorio. En particular la estrella denominada S2 tiene un corto periodo orbital, de unos 16 años, lo que ha permitido a los científicos acumular observaciones y datos.

Región central de la Vía Láctea observada en cercano-infrarrojo con el instrumento NACO en los telescopios VLT de la ESO. Sgr A* permanece invisible al centro del recuadro, pero el grupo de estrellas a su alrededor delatan su presencia. La estrella S2 estará pasando muy cerca del agujero negro en el 2018, será una gran oportunidad para confirmar la teoría de relatividad general de Einstein.

Así, un equipo de astrónomos checos y alemanes ha comparado observaciones de alta precisión de los últimos veinte años, obtenidas en luz infrarroja con los telescopios VLT, en Chile, con predicciones teóricas de la órbita bajo los modelos Newtoniano clásico y de relatividad general.

Está representación muestra parte de los cambios en la órbita de la estrella S2. ESO.

Los resultados parecen mostrar que los cambios en el movimiento de la estrella S2 efectivamente son consistentes con las predicciones teóricas que hizo Einstein hace más de 100 años. La forma de la órbita ha cambiado apenas un poco y la orientación lo ha hecho 1/6 de grado.

“Durante el curso de nuestro análisis nos dimos cuenta de que para determinar los efectos relativistas de S2 uno definitivamente necesita conocer la órbita completa con una precisión muy alta”,

comenta Andreas Eckart, líder del equipo e investigador en la Universidad de Colonia.

En un comunicado del Observatorio Europeo Austral, ESO, los investigadores señalan que el actual resultado es un preludio para mediciones y pruebas de relatividad mucho más precisas que se harán utilizando el instrumento GRAVITY en 2018, cuando la estrella S2 pase muy cerca del agujero negro supermasivo.

De confirmarse las perturbaciones en el espacio-tiempo producidas por Sgr A*, esta sería la primera vez que se logre una medida de los efectos relativistas en estrellas alrededor de un agujero negro supermasivo.

El resultado fue publicado en la revista Astrophysical Journal.